Материал: Исследование характера упрочнения металла по индикаторной диаграмме растяжения

 ; ;  или  [5]

Площадь поперечного сечение F0 определяется по следующим формулам:

для цилиндрического образца

= [6]

для плоского образца

F0 = a0b0 [7]

где а0 - первоначальная толщина; b0 - первоначальная ширина образца.

В точке k устанавливают напряжение сопротивления разрушению материала.

Предел пропорциональности и предел упругости определяют с помощью тензометра (прибор для определения величины деформации). Предел текучести физический и условный рассчитывают, находя нагрузку по диаграмме растяжения. Если на диаграмме нет площадки текучести, то для вычисления условного предела текучести необходимо провести графические построения на диаграмме (рисунок. 1). Вначале находят величину остаточной деформации, равную 0,2 % от l0, далее отмечают отрезок на оси деформации, равный 0,2 % от l0, и проводят линию, параллельную пропорциональному участку диаграммы растяжения, до пересечения с кривой растяжения.

Рисунок 1.5 - Определение местоположения точки S, соответствующей условному пределу текучести

Нагрузка P0,2 соответствует точке их пересечения. Физический и условный предел текучести характеризуют способность материала к началу пластической деформации, т.е. сопротивление малой пластической деформации.

Предел прочности можно подсчитать, используя показания силоизмерителя, по максимальной нагрузке Рmax при разрыве либо найти Рmax (Рв) по первичной диаграмме растяжения. Характер деформации при растяжении вязких и хрупких материалов существенно различается.

Хрупкие материалы после достижения максимальной нагрузки быстро разрушаются без значительной пластической деформации, поэтому σв для

хрупких материалов является характеристикой сопротивления разрушению, а для пластичных - характеристикой сопротивления деформации.

Напряжение разрушения определяют как истинное. При этом нагрузку разрушения делят на конечную площадь поперечного сечения образца после разрушения FK:

 [8]

Все рассчитанные таким образом величины являются характеристиками прочности материала.

Пластичность, т.е. способность деформироваться без разрушения, характеризуется изменениями размеров образца. При испытании на разрыв определяют следующие характеристики пластичности:

относительное удлинение

 [9]

относительное сужение

 [10]

где lк, Fк - соответственно, длина рабочей части и площадь поперечного сечения образца после разрыва.

Рисунок 1.6 - Характерные участки и точки диаграммы растяжения

Рассчитанные характеристики механических свойств после испытания на растяжение заносятся в протокол.

Численные значения механических характеристик позволяют оценить прочностные и пластические свойстве испытанного материала (таблица. 1).

Таблица 1 - Оценка прочности и пластичности

1.3 Испытания на ударный изгиб

Ударная вязкость характеризует удельную работу, затрачиваемую на разрушение при ударе образца с надрезом. Ударная вязкость испытывается на маятниковом копре с постоянным запасом работы маятника по ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах». Стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы и устанавливает метод испытания при температурах от -100 до +1000 °С. Метод основан на разрушении ударом маятникового копра образца с концентратором напряжений. В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе К, или ударную вязкость КС.

Используют образцы прямоугольной формы с концентратором типа U, V, Т (усталостная трещина). Наиболее распространенными образцами являются образцы размерами 55x10x10 мм с U-концентратом 2x2 мм (рисунок. 7).

Рисунок 1.7 - Стандартный образец с U-образным надрезом для испытаний на ударный изгиб

На разрушение ударом образца затрачивается только часть энергии маятника, в связи с чем маятник после разрушения образца продолжает двигаться, отклоняясь на определенный угол. Чем больше величина работы, затрачиваемой на разрушение образца, тем на меньший угол он отклоняется от вертикали после разрушения. По величине этого угла и определяют работу удара К или работу, затраченную на разрушение образца. Работу разрушения К относят к площади поперечного сечения образца Soв месте излома и тем самым находят КС - ударную вязкость:

 [11]

где Kизмеряется в Дж (кгс*м), S0- в м2 (см2).

В зависимости от вида концентратора ударная вязкость обозначается, KCV, КСТ и имеет размерность МДж/м2 (МДж/см2) или кгс*м/см2.

.4 Вывод

Анализируя основные характеристики диаграмм растяжения, мы выяснили, что диаграмма - очень эффективный, наглядный способ представления данных о деформации какого-либо металла, так как на основе диаграммы можно сделать большое количество выводов об основных свойствах образца- прочности, упругости, пластичности, твердости.

Помимо этого, мы выяснили, как рассчитывается теоретический предел пропорциональности, теоретический предел упругости, условный и физический предел текучести, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение и, наконец, относительное сужение на основе анализа индикаторной диаграммы растяжения.

2. РАСЧЕТ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

В данном разделе мы проведем расчеты и получим значения необходимые для построения диаграмм по которым можно будет судить о характере упрочнения металла

Рисунок 2.0 -Индикаторная диаграмма

.1 Определение m - масштаба диаграммы по горизонтали

Определить m - масштаб диаграммы по горизонтали (оси деформаций). Для этого провести отрезок ее¢, причем ее¢ параллельно прямой а

 [2.1]

где,

е'- расстояние на индикаторной диаграмме от точки о до точки е'=105мм

∆lk- удлинение образца=28 мм= =3.75мм

.2 Определение остаточного удлинения образца до момента образования шейки

Рассчитать DlР - остаточное удлинение образца до момента образования шейки

, [2.2]

где

lо- начальная длина образца=50мм

dо- начальный диаметр образца=10мм

dш- диаметр шейки=8,71мм

∆lp=15,895мм

.3 Определение масштаба диаграммы по вертикале

Определить n - масштаб диаграммы по вертикали (оси нагрузок). Для этого провести отрезок df ^ оси деформаций.

 [2.3]

где

Pmax- максимальное усилие действующее на образец=4000

df- расстояние на индикаторной диаграмме от точки d до точки f=38

n=4000/38=105,26мм

.4 Определение относительной деформации для всех точек

Вычислить относительную деформацию для всех точек, кроме e7=eк

, [2.4]

где

∆l-абсолютное удлинение образца

lo-начальная длина образца

ео=0(б/р)

е1=0,2 (б/р)

е2=0,046(б/р)

е3=0,7(б/р)

е4=0,94(б/р)

е5=1,26(б/р)

е6=1,48(б/р)

е7=0,18(б/р)

.5 Определение относительного уменьшения длины образца

 [2.5]

где

-степень деформации

qо=0(б/р)

q1=0,166(б/р)

q2=0,315(б/р)

q3=0,412(б/р)

q4=0,484(б/р)

q5=0,557(б/р)

q6=0,597(б/р)

.6 Определение относительного уменьшения длины образца для точки q7

 [2.6]

где,

Fо- начальная площадь поперечного сечения образца=78,54мм^2

Fк- площадь поперечного сечения образца после разрыва

dо- начальный диаметр образца=10мм

dк- диаметр образца после разрыва=6,77мм

q7=0,54(б/р)

.7 Определение углового напряжения

Определить угловое напряжение по формуле:

, [2.7]

где

Pi- осевое растягивающее усилие

Fо- начальная площадь поперечного сечения образца

=30,8(МПа)

=32,2(МПа)

=36,2(МПа)

=40,2(МПа)

=45,6(МПа)

=49,6(МПа)

 =51(МПа)

=44,3(МПа)

.8 Определение истинного напряжения

Рассчитать для всех точек, кроме последней, истинные напряжения (сопротивление металла деформации) по формуле

 , [2.8]

где

- условное напряжение

- относительная деформация

=30,8(МПа)

=38,6(МПа)

=52,9(МПа)

=68,3(МПа)

=88,4(МПа)

=112,07(МПа)

=126,3(МПа)

=87,48(МПа)

.9 Определение истинной деформации

Рассчитать значение истинной деформации по формуле

, [2.9]

где

= относительная деформация

=0

=0,182(б/р)

=0,378(б/р)

=0,531(б/р)

=0,663(б/р)

=0,815(б/р)

=0,908(б/р)

=0,779(б/р)

.10 Определение коэффициента анизотропии, модуля упрочнения

 [2.10];  [2.10]

где

- коэффициент анизотропии

Т- истинное напряжение

То=17,8(МПа)

Т1=22,3(МПа)

Т2=30,5(МПа)

Т3=39,5(МПа)

Т4=51(МПа)

Т5=64,7(МПа)

Т6=72,924(МПа)

Т7=50,50(МПа)

Г-модуль упрочнения

= относительная деформация

Го=0(б/р)

Г1=0,115(б/р)

Г2=0,231(б/р)

Г3=0,404(б/р)

Г4=0,543(б/р)

Г5=0,727(б/р)

Г6=0,854(б/р)

Г7=0,681(б/р)

.11 Определение модулей пластичности первого и второго рода

 [2.12]  [2.11]

где

Е- модуль пластичности первого рода

-истинное напряжение

= относительная деформация

Е1=192,9(МПа)

Е2=114,8(МПа)

Е3=97,6(МПа)

Е4=94(МПа)

Е6=85,340(МПа)

Е7=74,1(МПа)

G- модуль пластичности второго рода

Е- модуль пластичности первого рода

G1=64,3(МПа)